11. března 2011 zemětřesení o velikosti 9, 0 otřáslo Japonskem téměř šest minut, což vyvolalo vlnu tsunami a jadernou katastrofu, která společně zabila téměř 20 000 lidí. Ale pod povrchem se tektonické desky u východního pobřeží Japonska tiše začaly posouvat dlouho předtím, než začalo otřesy. V únoru 2011 začaly podél japonského příkopu pomalu tlouštat dvě tišší zemětřesení k bodu, kde by o měsíc později vypukly masivní, megathrustové zemětřesení.
Související obsah
- Geologie za katastrofickým zemětřesením v Itálii
- Seismické zpomalení by mohlo varovat před hrozícími zemětřeseními
Tyto podivné, tiché zemětřesení se nazývají pomalé skluzové události nebo pomalé zemětřesení - deštníkové termíny pro spektrum tlumeného pohybu a otřesů, ke kterému dochází na hranici mezi tektonickými deskami. Pomalá zemětřesení, objevená teprve za posledních 20 let, jsou stále seismickou hádankou. Mohou posunout tektonické desky tolik nebo více než zemětřesení o velikosti 7. Ale zatímco pravidelné zemětřesení náhle uvolní seismické vlny, které mohou svrhnout budovy, pomalé zemětřesení trvá dny, měsíce, někdy i roky - a lidé v okolí nikdy nic necítí.
Předpokládá se, že tyto nepochopitelné rumblings předcházely mohutným otřesům, které se roztrhaly v Japonsku, Mexiku a Chile - ale nevíme, jestli pomalá zemětřesení spustila masivní tyrany nebo dokonce, jak se vztahují k jejich rychlejším a nebezpečnějším protějškům. Dekódování, kdy, kde a proč by nám pomalé zemětřesení mohlo pomoci porozumět nejnebezpečnějším zónám poruch na naší planetě - a možná nám dokonce pomůže předpovídat ničivé zemětřesení a tsunami dříve, než si vyberou svou daň.
"Je to skutečné tajemství, " říká Heidi Houston, geofyzik na Washingtonské univerzitě v Seattlu. "Studovali jsme pravidelná zemětřesení po celá desetiletí a rozumíme jim o něčem - a pak tento proces přijde a je to v některých aspektech stejné a v některých jiných aspektech je velmi odlišné."
Instalace senzorů pro sledování jemných pohybů Země. (S laskavým svolením byliny) Před koncem 90. let si geovědci mysleli, že mají přehled o tom, jak se skládačka tektonických desek zakrývajících zemský povrch pohybuje a slučuje. Předpokládali, že jak se jedna deska zemské kůry klouže kolem druhé, desky se buď neustále vplížily kolem sebe, nebo se zasekly a hromadily stres, dokud se výbušně nevysunuly při zemětřesení, které se vlní z poruchové zóny.
Počínaje novým miléniem však závan vědeckých publikací popisoval novou třídu opakujících se a rozšířených pomalých zemětřesení pozorovaných na opačných okrajích tichomořského okraje.
První zpráva o jasně definované události s pomalým skluzem přišla z oblasti Cascadia Subduction Zone, která je tvořena deskou Juan de Fuca, která tlačí pod desku Severní Ameriky ze severní Kalifornie na ostrov Vancouver. Tam jsou oblasti asi 20 mil pod povrchem změkčeny hloubkami a vysokými teplotami a hladce klouzají kolem sebe. Mělčí, křehké části posuvných tektonických desek se však mohou slepit, dokud se zaseknutá oblast neroztrhne v obrovském megathrustu. Cascadia neuvedl obří zemětřesení od 17. století - ale rachotání v seismické komunitě naznačuje, že přichází další velká.
V roce 1999 si geofyzik Herb Dragert s Geologickým průzkumem Kanady všiml, že některé nepřetržité GPS monitorovací stanice na jižním Vancouverském ostrově a na olympijském poloostrově se chovaly podivně. Sedm z nich přeskočilo asi čtvrt palce po několik týdnů opačným směrem než normální pohyb desky. Tento druh zpětného skoku je to, co byste očekávali při zemětřesení - ale nedošlo k žádnému detekovatelnému chvění.
"Herb byl zpočátku velmi znepokojen - myslel si, že s daty něco není v pořádku, " říká Kelin Wang, vědec z Kanadského geologického průzkumu, který spolupracoval s Dragertem a geovědcem Thomasem Jamesem na dekódování této hádanky. "Zkusil všechno, aby se ukázal špatně, a všechno selhalo."
To proto, že s daty nebylo nic špatného. Tým si brzy uvědomil, že viděli talíř Severní Ameriky a talíř Juan de Fuca jemně sklouzávající, když se záplaty, na nichž byly slepeny, rozeply. Ve vzdálenosti 18 až 24 mil pod povrchem byly tyto přilepené skvrny nad vysokoteplotní vysokotlakou oblastí, kde se desky hladce klouzaly, ale pod uzamknutými částmi subdukční zóny, vytvářejícími zemětřesení. A ukázalo se, že lepkavá mezilehlá zóna sklouzne podle plánu asi každých 14 měsíců.
Přibližně ve stejném čase si v Tichém oceánu všiml seismolog v Národním výzkumném ústavu pro vědu o Zemi a prevenci katastrof nízkofrekvenční vibrace, které se periodicky šíří od seismometru k seismometru v subdukační zóně Nankai Trough v jihozápadním Japonsku. Kazushige Obara, který je nyní na Tokijském výzkumném ústavu zemětřesení v Tokiu, poznamenal, že tyto rumblings začaly 21 kilometrů pod povrchem a mohly pokračovat celé dny, připomínající třes, který doprovází sopečné erupce - ale to nebyla sopečná oblast.
Když se Obara a Dragert setkali na konferenci, uvědomili si, že události pomalého prokluzu, které Dragert detekoval pomocí GPS a neselkanický třes, který Obara zachytil na seismometrech, by mohly být příznaky stejného typu nepostřehnutelného pohybu desek v subdukčních zónách.
"Byl jsem zasažen jejich podobnou dobou trvání, shodným zarovnáním se stávkou příslušných subdukčních zón, podobnou hloubkou výskytu, " říká Dragert v e-mailu.
Když se tedy Dragert vrátil do Kanady, jeho kolega Garry Rogers, nyní odešel seismolog, který pracoval s Dragertem na Geologickém průzkumu Kanady, pronásledoval krabice starých seismogramů, aby se pokusil identifikovat otřesovou vlnovou křivku. Našli to pokaždé, když jednotky GPS zaznamenaly událost s pomalým skluzem.
"Vlasy stály na zátylku, " říká Rogers. "Byl to velmi vzrušující den."
Brzy nato Obara vyrovnal proklouznutí, které viděl v Japonsku. Nyní víme, že existují různé druhy pomalých zemětřesení, která mohou nastat s tremorem nebo bez něj, v různých hloubkách a různých dobách trvání. Tiše proklouzli subduukčními zónami na pobřeží Aljašky, Kostariky, Mexika, Nového Zélandu a dokonce i přes vertikální desku rozhraní San Andreas Fault, vše bez detekce (pokud nejste satelit nebo seismometr).
"Opravdu jsme netušili, že existuje celé toto bohaté spektrum a rodina poruchových skluzů, " říká Laura Wallace, geofyzik na texaské univerzitě v Austinu, která studuje pomalá zemětřesení na pobřeží Nového Zélandu. "Je to opravdu proměněno naše chápání toho, jak se chyby chovají na hranicích desek a jak je přizpůsoben pohyb desek." Je to docela velký problém. “
Nový Zéland a mořské dno. Příkop Hikurangi je jižně od tmavě modrého příkopu (příkop Kermadec) v horní polovině tohoto obrázku. (Sandwell & Smith (1997), Stagpoole (2002)) Prozkoumání tohoto bohatého spektra událostí s pomalým prokluzem je výzvou - částečně proto, že jsou tak jemné a částečně proto, že jsou do značné míry nepřístupné.
"Je jen zatraceně těžké podívat se na něco, co je tak hluboko na Zemi, " říká Rogers. Zvláště pokud je něco také hluboko pod mořem, jako jsou pomalé skluzové události, které posunují příkop Hikurangi z východního pobřeží Severního ostrova Nového Zélandu až na několik palců každých pár let.
Takže v roce 2014 byl Wallace kreativní. Vedla rozmístění sítě podvodních tlakoměrů, aby zjistila jakýkoli vertikální pohyb mořského dna, který by mohl signalizovat pomalou skluzu. Měřila to správně: Tlakoměry detekovaly dno oceánu pod nimi, jak se houpaly nahoru a dolů, což Wallace a její tým počítali tak, že talíře sklouzly asi 4 až 8 palců po rozpětí několika týdnů. Na rozdíl od pomalých skluzů, které se vyskytují hluboko pod hladinou v Cascadii a Japonsku, vznikly tyto skluzavky jen 2, 5 až 4 mil pod mořským dnem - což znamená, že se pomalá zemětřesení mohou objevit v hloubkách a za podmínek, které se liší od původních objeveno v.
Kromě toho byla část příkopu, kterou Wallaceovy tlakoměry zachytily, sklouznuta, stejná sekce, která v roce 1947 vytvořila dva tsunami typu back-to-back, který rozpadl chalupu, vyhodil dva muže na vnitrozemskou silnici a nějakým způsobem nezabil nikoho.
"Pokud dokážeme pochopit tento vztah mezi pomalými sklouzavými událostmi a škodlivými zemětřeseními v subdukčních zónách, nakonec bychom mohli být schopni tyto věci použít prognostickým způsobem, " říká.
Nejdříve se však musíme lépe odhalovat a sledovat, což se právě snaží Demian Saffer na Pennsylvánské státní univerzitě. Během posledních šesti let spolupracoval s vědci v Japonsku a Německu na zřízení dvou vrtných observatoří - v podstatě sbírek nástrojů uzavřených do vrtů hluboko pod mořským dnem poblíž příkopu Nankai v jihozápadním Japonsku - místo, kde Obara poprvé objevil třes .
Z těchto observatoří vrtu i z údajů shromážděných sítí senzorů mořského dna jeho tým shromáždil předběžné důkazy o pomalých skluzech, které se shodují s roje malých, nízkofrekvenčních zemětřesení. Bezpečnější podezření, že tyto pomalé pomalé prokluzy mohou uvolňovat zadržené napětí na hranici desky, které by jinak prasklo při katastrofickém zemětřesení.
Srovnává tento jev s klouzavou spojkou, která vytváří trochu stresu, ale pak selhává každých několik měsíců až let. "To, co vidíme, je velmi předběžné, ale vidíme náznaky poměrně běžných pomalých událostí, které se zdají uvolňovat stres na hranici desky, což je docela v pohodě, " říká. Tyto výsledky představí letos na podzim na setkání americké geofyzikální unie.
Vědci načtou sadu podvodních senzorů, které sledovaly pomalý sklouznutí z pobřeží Nového Zélandu. (Se svolením Erin Todd na University of California, Santa Cruz) Wallace, Saffer a velký mezinárodní tým vědců v současné době plánují expedici na rok 2018, která by měla vrtat do příkopu Hikurangi a zřídit podobné observatoře. A jak se vrtají točení do oceánské kůry, plánují sbírat vzorky hornin, které tvoří tektonické desky, aby pochopili, co to je o minerálech a tekutinách v subdukční zóně, která umožňuje pomalé prokluzování.
"Existuje spousta teorií o tom, jaké druhy fyzických podmínek by mohly vést k tomuto pomalému skluzu, " vysvětluje Wallace. Říká, že jedním z nejpopulárnějších je to, že přebytečné tekutiny v poruchové zóně ji oslabují a umožňují jí snadnější uklouznutí. "Ale stále tomu opravdu nerozumíme, " dodává.
V době, kdy to všechno začalo, Heidi Houston z University of Washington také pracuje v subdukační zóně Cascadia na pochopení základních mechanismů, které jsou základem pomalého zemětřesení. "Jaké procesy je udržují pomalé?" Říká Houston. "To je jejich hlavní tajemství."
Houston nedávno zjistil, že když se třesoucí se rachotí pod zlomovými zónami, síly, které jsou tak světské jako příliv, je mohou posílit. Pokračuje ve zkoumání, jak hloubka, tlak tekutin a minerály uložené na hranici mezi tektonickými deskami mění vlastnosti pomalého zemětřesení.
Stejně jako ostatní seismologové, geovědci a geofyzici, kteří se od objevení gravitovali k pomalým zemětřesením, vzrušení z toho, co zůstává neznámé, motivuje Houston - stejně jako možnost, že porozumění pomalým zemětřesením by nás jednoho dne mohlo nahlédnout do smrtelných otřesů.
"Mám čas svého života studovat tento proces, " říká.
